綜合智慧能源發(fā)展模式探討

阮玖圣 程俊杰 陸楠

摘 要 隨著國家能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的大力推進(jìn)，電力、天然氣等能源領(lǐng)域也相繼放開競爭，再加上互聯(lián)網(wǎng)以及能源行業(yè)的有機(jī)結(jié)合，未來能源生產(chǎn)與消費(fèi)方式將發(fā)生巨變，建設(shè)清潔、低碳、安全的能源體系是目前我國能源改革的主要目標(biāo)。而工業(yè)園區(qū)作為工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集地，屬于能源消耗、環(huán)境污染的集中區(qū)域，通過發(fā)展建設(shè)綜合智慧能源系統(tǒng)，在“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”的協(xié)調(diào)優(yōu)化下能夠提高能源利用效率與優(yōu)化節(jié)能減排效果，本文便針對該內(nèi)容展開分析。

關(guān)鍵詞 綜合智慧能源;工業(yè)園區(qū);多能互補(bǔ);發(fā)展模式

在能源供給與消費(fèi)的傳統(tǒng)模式當(dāng)中，一方面供給側(cè)的電、熱、氣、水等能源均獨(dú)立規(guī)劃與建設(shè)發(fā)展，導(dǎo)致管網(wǎng)建設(shè)重復(fù)以及不同種類能源無法相互調(diào)配，降低了可再生能源的利用效率;另一方面需求側(cè)用戶無法靈活選擇能源供應(yīng)方，也不可能在能源供需平衡中有參與感，同樣導(dǎo)致能源利用效率低下。而工業(yè)園區(qū)在發(fā)展工業(yè)產(chǎn)業(yè)的過程中，需要用到電、熱、冷、氣等各種能源，但目前大部分工業(yè)園區(qū)的能源利用也面臨著上述提到的能源體系割裂問題。本文將重點(diǎn)提到在工業(yè)園區(qū)中應(yīng)用“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”一體化的綜合智慧能源系統(tǒng)，通過多能互補(bǔ)，解決能源利用效率低下的問題，實(shí)現(xiàn)供給側(cè)與需求側(cè)自適應(yīng)的目的[1]。

1綜合智慧能源系統(tǒng)概述

綜合智慧能源系統(tǒng)是對區(qū)域內(nèi)石油、煤炭、電力、天然氣以及可再生等多種類能源整合且對能源子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)行的系統(tǒng)。詳細(xì)分析，綜合智慧能源系統(tǒng)的核心集中在三點(diǎn)：其一，能源供給側(cè)實(shí)現(xiàn)多種能源互補(bǔ)，也就是說基于能源梯級(jí)利用原則，達(dá)成傳統(tǒng)能源與可再生能源的互補(bǔ)效果;其二，能源消費(fèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)集成化能源提供，也就是說區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對電、熱、冷的集中化提供;其三，能源運(yùn)營實(shí)現(xiàn)智能化，運(yùn)用現(xiàn)代化信息通信技術(shù)達(dá)到高效協(xié)調(diào)、供需自適應(yīng)的運(yùn)營目的。

2綜合智慧能源系統(tǒng)在工業(yè)園區(qū)中的應(yīng)用

2.1 分布式能源站

工業(yè)園區(qū)所需要的能源主要由電、熱、冷、氣、水組成，其中分布式能源站的能源提供以天然氣燃料為主，在小型分布式燃機(jī)設(shè)備的做工下，燃燒后的天然氣會(huì)產(chǎn)生高品質(zhì)熱能，首先用于發(fā)電，然后引高溫?zé)煔膺M(jìn)到余熱鍋爐中，將水加熱后產(chǎn)生的蒸汽引入汽輪機(jī)做功或是直接引入熱網(wǎng)提供熱能，抽汽在蒸汽型溴化鋰的轉(zhuǎn)化作用下，向用戶供冷，全面達(dá)成能量梯級(jí)利用目標(biāo)，能實(shí)現(xiàn)高達(dá)70%～90%的綜合能源利用效率，而且發(fā)電可直接送入電網(wǎng)或是供工業(yè)園區(qū)用戶使用，能夠就地消納。如此看來，分布式能源站扮演著獨(dú)立電源的角色，在應(yīng)急保障中發(fā)揮關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)了能源供應(yīng)的安全與高效。

2.2 分布式光伏與分散式風(fēng)電

中國主要位于溫帶與亞熱帶，有著豐富的風(fēng)、光資源，而工業(yè)園區(qū)聚集建設(shè)了大量廠房，有著可觀的屋頂資源，所以完全可以利用園區(qū)廠房屋頂去建設(shè)分布式光伏。同時(shí)，在工業(yè)園區(qū)內(nèi)的公交車站、停車場內(nèi)建設(shè)光儲(chǔ)充一體式停車棚，為新能源車提供充電服務(wù)。工業(yè)園區(qū)還有大量閑置建設(shè)用地，可就地開發(fā)分散式風(fēng)電，電能既可以留作自用，也可上傳電網(wǎng)。

2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)

儲(chǔ)能系統(tǒng)是工業(yè)園區(qū)綜合智慧能源系統(tǒng)供給側(cè)與需求側(cè)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，包括對電、熱、冷等能源儲(chǔ)存形式。如果工業(yè)園區(qū)的用電屬于峰谷平電價(jià)模式，那么儲(chǔ)能系統(tǒng)完全可通過成本計(jì)算利用好夜間低谷期的電價(jià)。儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷基本以水作為介質(zhì)，用到4～7℃冷水或是60～95℃熱水，冷熱量的存儲(chǔ)主要利用的是水的顯熱或潛熱。而電能存儲(chǔ)方式較多，最常見的為電池、電感、電容器等，而電池中使用率最高的為鋰電池、鉛酸電池等。在儲(chǔ)能設(shè)備的作用下，工業(yè)園區(qū)的電力與熱力系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)靈活協(xié)調(diào)，大大提高了安全性與經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備機(jī)組的產(chǎn)出效益值則明顯提升。

2.4 余熱回收利用系統(tǒng)

工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)中一定會(huì)產(chǎn)生大量廢熱，而這部分余熱消耗量占能耗總量的17%～67%左右，可回收率高達(dá)60%，具有明顯的節(jié)能潛力[2]。對余熱的回收利用通常會(huì)用到熱交換、熱工轉(zhuǎn)換、余熱制冷制熱等技術(shù)，設(shè)備則以回收熱泵為主，消耗少量的電能或熱能，便能將生產(chǎn)中的廢熱進(jìn)行回收，同時(shí)結(jié)合溫度與遵循梯級(jí)利用原則進(jìn)行供熱或供冷。

2.5 污水源熱泵與土壤源熱泵

工業(yè)園區(qū)的污水排放量非常大且工業(yè)水溫基本偏高，一般在10～25℃左右，季節(jié)變化對水溫的影響非常小，所以同樣可作為資源回收利用。建設(shè)污水源熱泵系統(tǒng)能夠充分利用污水“冬暖夏涼”的特性，在電能輔助下實(shí)現(xiàn)供熱制冷，系統(tǒng)綜合COP高達(dá)3～5，相較于用電空調(diào)制冷與燃?xì)忮仩t供熱而言，節(jié)能率超過70%，大大提高了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。利用地下土壤溫度穩(wěn)定的特性，將土壤作為冷熱源，建設(shè)土壤源熱泵系統(tǒng)，冬季從土壤中獲取熱能，為用戶供暖;夏季則向土壤中排放熱量，為用戶制冷。土壤高效熱泵機(jī)組的COP可達(dá)到3～6，相較于電空調(diào)制冷與燃?xì)忮仩t供熱而言，節(jié)能率在40%左右，并且不會(huì)排放任何污染物。

2.6 綜合智慧能源平臺(tái)

作為工業(yè)園區(qū)綜合智慧能源系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵，綜合智慧能源平臺(tái)必不可少。應(yīng)用綜合智慧能源系統(tǒng)的工業(yè)園區(qū)，在光伏、風(fēng)電等新能源系統(tǒng)的供能時(shí)間方面體現(xiàn)出明顯的隨機(jī)性與間歇性特點(diǎn)，不可能對企業(yè)生產(chǎn)所有時(shí)間段的用能需求全部滿足。而企業(yè)作為需求側(cè)，有著不同的生產(chǎn)計(jì)劃與用能時(shí)間安排，也需要綜合智慧能源平臺(tái)對整個(gè)工業(yè)園區(qū)的能源生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)、存儲(chǔ)進(jìn)行精細(xì)化控制。綜合智慧能源平臺(tái)的設(shè)備層要以分布式能源為主，在自動(dòng)化設(shè)備、智能化表計(jì)的加持下對多種類能源數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與監(jiān)控;通信層主要采用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、與客戶聯(lián)動(dòng);決策層則通過對發(fā)電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，調(diào)整能源分配策略。

3結(jié)束語

綜上所述，隨著我國工業(yè)園區(qū)數(shù)量的不斷增多，為了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能源與可再生能源的多能互補(bǔ)，建設(shè)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”一體化的綜合智慧能源系統(tǒng)顯得尤為必要，將成為未來工業(yè)園區(qū)能源供應(yīng)的主流模式，更是對國家推進(jìn)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的響應(yīng)。因此，筆者認(rèn)為國家方面需要加大政策方面的支持，對綜合智慧能源的未來發(fā)展環(huán)境予以優(yōu)化，逐步提高此類項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的清潔、高效、環(huán)保與節(jié)能。

參考文獻(xiàn)

[1] 周剛.多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目開發(fā)[J].科技與創(chuàng)新，2019 （23）：107-108.

[2] 李強(qiáng).淺談產(chǎn)業(yè)園區(qū)智慧能源解決方案[J].機(jī)電信息，2020（9）：92-93，95.